С каждым годом все больше торговых и логистических компаний отказываются от использования фреона и переходят на решения с диоксидом углерода в качестве основного хладагента.
О том, почему торговая сеть «Пятерочка» решила модернизировать холодильную установку в своем распределительном центре в Подольске, какие задачи стояли перед командой проекта, как прошла реконструкция и как скоро ритейлер сможет окупить вложенные инвестиции, в этой статье рассказывает Сергей Плешанов, технический директор компании «Лэнд».
Почему ритейлеры переходят на СО2?
Наиболее эффективной и экологически чистой альтернативой повсеместно применяемым фреонам является диоксид углерода (СО2).
Для масштабного применения СО2 в качестве основного хладагента в магазиностроении есть множество основополагающих причин. Рассмотрим основные.
РФ приняла Кигалийскую поправку к Монреальскому протоколу по веществам, оказывающим влияние на глобальное потепление климата нашей планеты. Поправка, вступившая в силу для России с 1 января 2021 года, предусматривает индивидуальный план поэтапного сокращения ввоза фреонов – по 5% ежегодно. В Европе этот путь уже практически пройден, как результат – стоимость хладагента R404 выросла в несколько раз (см. таблицу 1). Все это повышает интерес к использованию диоксида углерода в качестве хладагента в России.
| Стоимость хладагента R404A в руб./кг | ||||
| Хладагент | 23.03.2017 | 01.06.2017 | 02.10.2017 | 01.12.2017 |
| R404A | 5868 | 10 944 | 20 504 | 22 149 |
СО2 нетоксичен и невзрывоопасен, а также полностью безопасен для окружающей среды. Главное, СО2 производится на территории России в неограниченных количествах и доступен практически в любом регионе нашей огромной страны по цене значительно ниже фреона. Для примера можем сказать, что средняя цена R404A на рынке составляет порядка 500–600 руб./кг, в то время как 1 кг СО2 обходится в 25 руб./кг. Разница в стоимости хладагентов представлена в таблице 1.
| Средняя цена в России, руб./кг | Средняя заправка гипермаркета, л | Итого, руб. | |
| R404A | 600 | 1000 л | 600 000 |
| СО2 | 25 | 25 000 |
Диоксид углерода обладает отличными теплофизическими свойствами, что в случае его применения в качестве хладагента позволяет добиваться превосходных показателей эффективности – в среднем от 15 до 27% (для России) по сравнению с системами на R404A. Результатом является снижение массового расхода через компрессор, а следовательно, снижение энергозатрат на осуществление этой работы. Также следует отметить снижение массогабаритных характеристик оборудования, коммуникаций и снижение уровня шума.
| Параметр | Традиционная фреоновая системаФреон R404a | СО2 система базового уровня | СО2 система с жидкостным эжектором |
| Средний СОР | |||
| СТ контур | 3,10 | 3,70 | 4,38 |
| НТ контур | 1,63 | 4,65 | 4,06 |
| Снижение энергопотребления | |||
| Годовая экономия, % | – | 15% | 27% |
Отличительной чертой холодильного цикла на диоксиде углерода является возможность получать существенно больше тепла по сравнению с фреоновым циклом, при этом не увеличивая показатели потребления электроэнергии. На рисунке 1 приведен график стоимости различных источников теплоты за 1 кВт.
На распределительном центре сети «Пятерочка» в Подольске достигается максимальный эффект энергосбережения с учетом использования теплоты рекуперации от холодильной установки. Но прежде чем познакомиться с этим проектом, посмотрите видеоролик:
Реконструкция холодоснабжения в действующем РЦ «Пятерочки»
Сам распределительный центр сети «Пятерочка» в Подольске был открыт в 2017 году, и до недавнего времени, как и на всех подобных объектах, холодоснабжение имеющихся камер осуществлялось по стандартному циклу фреоновой холодильной машины. В течение 2020 года компанией «Лэнд» была проведена полная реконструкция объекта в части холодоснабжения. Произведена полная замена устаревшего холодильного оборудования на современные энергоэффективные машины транскритического цикла СО2, произведена полная замена плит пола в нескольких камерах с установкой системы обогрева грунта, обеспечено отопление дебаркадеров за счет теплоты, отводимой от хладагента.
Стоит отметить, что полная реконструкция произведена без прекращения основной деятельности центра. То есть монтаж нового оборудования производился в действующем складе с постепенным отключением старого оборудования. Работы такого уровня требуют специальной подготовки и детального планирования проекта, начиная от стратегии и заканчивая пооперационной проработкой каждого этапа. Для организации этого процесса был разработан план мероприятий, включающий в себя четкую очередность действий как с инженерной, так и со строительной стороны. Данный план был с успехом выполнен без потерь товарооборота.
Краткие характеристики холодильного оборудования на РЦ «Пятерочки» в Подольске
Два холодильных агрегата транскритического цикла на базе компрессоров Dorin, общей производительностью более 2,2 МВт, обеспечивают требуемыми температурами распределительный центр общей площадью охлаждаемых помещений 13 840 м2. Это самая высокая холодопотребность объекта на СО2, реализованная в России.
В состав каждого агрегата входят:
- 6 среднетемпературных,
- 4 высокотемпературных (параллельных),
- 2 низкотемпературных компрессора.
Суммарная холодопроизводительность среднетемпературного контура 1790 кВт.
Суммарная холодопроизводительность низкотемпературного контура 400 кВт.
Впервые при производстве холодильного агрегата в России рама установки выполнена полностью из нержавеющей стали, что позволило не только создать уникальный внешний вид без покраски, но и сократить массогабаритные характеристики в 1,8 раза по сравнению с черной сталью.
Масса каждого агрегата более 8 тонн, габариты 7 х 2 х 2,5 м.
Принципиальная схема холодильной системы
Для всех контуров организовано плавное управление производительностью компрессоров за счет установки частотных преобразователей на лидерные компрессоры, что дает возможность максимально точно поддерживать заданную температуру кипения с минимально возможными затратами электрической энергии.
Суммарная производительность холодильных агрегатов, примененных для данного проекта, является одной из самых высоких на сегодняшний день в России в рамках СО2 технологий. Система холодоснабжения объекта обладает рядом особенностей, позволяющих назвать его не только экологически безопасным и энергоэффективным, но еще и инновационным.
Каждый среднетемпературный компрессор оборудован отделителем жидкости с эжектором Danfoss. В целях безопасности отделители жидкости оборудованы датчиками уровня, которые отслеживают и предотвращают аварийные режимы работы компрессора. Применение эжекторной технологии позволяет повысить эффективность работы холодильной системы.
Одним из способов получить дополнительное снижение энергопотребления является организация процесса передачи тепла от воздуха холодильной камеры к хладагенту более эффективным образом. Например, увеличив количество кипящего хладагента в испарителе.
Излишки жидкого вещества, не испарившиеся в аппарате, попадают в специальный резервуар – отделитель жидкости, откуда снова поступают в испаритель. Разница давлений при перекачивании остатков жидкости в данном проекте преодолевается при помощи эжектора производства Danfoss, который выполняет функцию насоса, но без применения энергии извне (рис. 6. Принципиальная схема с применением эжектора).
Эжектор позволяет задействовать энергию потока СО2 из газоохладителя в ресивер, которая в комплектации систем без эжектора не используется и бесполезно расходуется в регулирующем клапане. Данная технология позволяет дополнительно на 12% снизить энергозатраты всей системы в сравнении с аналогичным оборудованием без применения технологии «жидкостной эжектор» (см. таблицу 3).
Еще одной особенностью системы, в которой в качестве рабочего вещества применяется диоксид углерода, является существенное количество высокопотенциального тепла. В данном проекте теплота, выделяемая холодильной установкой, используется для подогрева теплоносителя, который в свою очередь направляется:
- в систему подогрева грунта под низкотемпературной холодильной камерой (система защиты грунта от промерзания);
- систему оттайки воздухоохладителей;
- систему отопления дебаркадеров.
При реализации данного объекта была разработана система рекуперации, исключающая работу ТЭНов при эксплуатации оборудования. Спроектированная система позволяет накапливать тепло от холодильных установок в специально спроектированном баке-накопителе. Нагретый теплоноситель при необходимости поступает на воздухоохладители холодильной установки для проведения периодических циклов оттаивания, а также в систему обогрева грунта, предотвращающую его промерзание под камерами с низкой температурой.
Схема рекуперации последовательная – сначала идет съем тепла высокого потенциала для обогрева и далее низкого потенциала на оттайку и подогрев грунта. Суммарная мощность отопления зоны дебаркадеров с температурами 70/50°С составляет 175 кВт, системы оттайки и подогрева грунта – 300 кВт с температурами 35/20°С (рис. 8).
Важно отметить, что выделяемое холодильной системой количество тепла существенно превышает потребности объекта. Излишки тепла выбрасываются в окружающую среду при помощи газоохладителя и могут рассматриваться как резерв для снабжения теплом дополнительных потребителей. Использование теплоты холодильной установки позволяет снизить нагрузку на сеть электропитания и организовать нагрев теплоносителя более эффективным образом.
Рассмотрим подробнее схему рекуперации тепла для обогрева, оттайки воздухоохладителей и подогрева грунта.
Схема рекуперации включает в себя две станции рекуперации, каждая из которых оборудована двумя насосными группами: первая группа осуществляет циркуляцию через теплообменники системы отопления зон погрузки и отгрузки товаров, вторая группа отвечает за нагрев теплоносителя в баке-накопителе. Каждая группа насосов оборудована преобразователем частоты для максимально эффективной работы.
Бак-накопитель, оборудованный резервными ТЭНами, служит для нагрева гликоля в случае отказа системы рекуперации и станцией автоматической подпитки системы на случай падения давления в системе.
Две насосные группы обеспечивают подачу теплоносителя для оттаивания воздухоохладителей и системы обогрева грунта. Каждая группа насосов оборудована преобразователем частоты для максимально эффективной работы. Управление насосными станциями осуществлено на базе свободно-программируемых контроллеров МСХ Danfoss, оснащенных программным обеспечением, разработанным инженерами для данного проекта.
Помимо работ, связанных с холодильной техникой, компания «Лэнд» осуществляла работы по подготовке полов под низкотемпературную камеру. Так как работы проводились в рамках реконструкции действующего распределительного центра, демонтаж полов камеры производился с помощью радиоуправляемой техники. Это позволило существенно снизить время работ, а также обеспечить минимальный выброс пыли в рабочие пространства центра.
Еще одной особенностью объекта является технология оттайки воздухоохладителей с применением опций: чехлов на диффузоры вентиляторов и изолированных коробов на входе воздуха (рис. 14, 15). В процессе оттайки чехлы опускаются (рис. 15) и задерживают теплый воздух в объеме аппарата со стороны вентиляторов, с обратной стороны теплоизолированный короб также удерживает тепло, что позволяет сократить время и энергоресурсы, требуемые для удаления снеговой шубы испарителя. Также данная опция позволяет сократить выброс влаги в охлаждаемый объем камеры. Это позволяет сократить до 30% время оттайки и дополнительно снизить энергопотребление объекта.
На данном объекте применено решение, позволяющее исключить работу искусственного охлаждения камер с температурным режимом +4/+6°С. Система заранее спроектированных вентиляционных каналов и осушителей в камере в автоматическом режиме подключается в работу при достижении уличной температуры до уровня приемлемого для охлаждения товара. Так называемая система «фрикулинга» позволяет использовать холодный уличный воздух без дополнительных затрат со стороны холодильной машины. Специально разработанная система автоматизации отключает воздухоохладители и переходит на максимально эффективный режим работы.
Объект оборудован системой комплексной автоматизации от Danfoss, специально разработанной для холодильных систем на диоксиде углерода, в составе:
- модуля управления компрессорными агрегатами, газоохладителем, эжекторами и вспомогательными клапанами, а также повышением количества тепла, выделяемого системой в холодный период года;
- программируемых логических модулей для управления насосами и клапанами гликолевого контура;
- контроллеров для управления подачей хладагента в испарители и процессами оттайки.
- мастера контроллера, основной задачей которого являются координация действий всех элементов системы и оптимизация процессов на основании информации, полученной от отдельных ее единиц.
Система удаленного мониторинга и управления позволяет специалистам компании «Лэнд» отслеживать в режиме 24/7 параметры работы установки и оперативно реагировать на их отклонения.
Учитывая инновационность примененных решений и компонентов, а также уникальность проекта, успех в его реализации был обусловлен тесным взаимодействием между монтажной организацией «Лэнд» и производителем системы автоматизации и управления Danfoss на всех этапах разработки и запуска системы в эксплуатацию.
Сроки окупаемости инвестиций и будущее проекта
Комплексный подход к обеспечению холодоснабжения и отопления распределительного центра может дать потрясающие результаты: по расчетам, окупаемость проекта составит не более двух лет. Для подтверждения расчетных данных с ноября 2020 года по ноябрь 2021 года будет проведен помесячный сравнительный анализ фактического энергопотребления объекта. Первые замеры уже показали высокую эффективность решения – несмотря на то что площадь охлаждаемых складов увеличилась более чем на 2000 кв. м (14%) – общее энергопотребление системы хладоснабжения снизилось на 15% по сравнению с предыдущей фреоновой системой.
«Мы являемся передовой компанией и внимательно следим за разработками в области повышения эффективности холодильных систем, – рассказал Алексей Колобов, руководитель дирекции по управлению стоимостью владения инфраструктурой компании X5 Retail Group. – Решение в пользу природного хладагента, диоксида углерода, было сделано, с одной стороны, с целью сокращения негативного влияния на окружающую среду, с другой стороны – в использовании диоксида углерода мы видим возможности существенной оптимизации эксплуатационных затрат. Технология на основе диоксида углерода выглядит очень перспективной для формата РЦ, и мы однозначно будем ее развивать на других объектах. Объект в Подольске – это только первая ступень, где мы на практике сможем проверить расчетные данные и оценить возможности комплексного использования диоксида углерода».
Источник: retail.ru
